Зарождение письменности и появление письменных принадлежностей

Развитие и зарождение технических знаний. Наиболее важные изобретения и открытия античного периода

Развитие производства и рост городов стимулировали активизацию научных знаний и развитие математики, минералогии, астрономии, медицины и других естественных и точных наук. Для возведения гигантских пирамид, Великой китайской стены и других сооружений древности требовались прежде всего точные математические расчеты и хорошее знание механики.

На рубеже 4-3-го тысячелетий до н. э. появилось десятичное счисление, а к концу указанного периода - первые десятичные символы. Математика развивалась прежде всего за счет арифметики, необходимой для различного вида хозяйственных расчетов и геометрии — для земледелия.

Первым научным трудом по математике была «Арифметика», опубликованная в Китае во 2 в. до н. э. Затем появились работы по математике и механике Пифагора, Евклида, Аристотеля, Архимеда и других великих ученых древности. В обществе наметилось разделение между умственным и физическим трудом.

Особенных высот к концу периода достигла наука Древней Греции, где сложились замечательные натурфилософские школы, пытавшиеся объяснить многие природные явления. Центром прикладной науки стала Александрийская школа, выходцами из которой были такие выдающиеся механики как Ктесибий, Архимед, Герон Александрийский и др.

Ктесибий был выдающимся изобретателем, который сконструировал ряд пневматических и гидравлических машин, таких, как двухцилиндровый поршневой пожарный насос, водяные поплавковые часы, водяной орган (гидравлос), аэротрон – пневматическую военную машину. Как пожарный насос, так и аэротрон представлял собой цилиндр с движущимися внутри них поршнями. Это первое в истории техники упоминание о кинематической паре «цилиндр - поршень».

Поплавковые часы имели циферблат и одну стрелку. Равномерная струя воды текла в сосуд высотой 3 метра, в котором поднимался поплавок – фигурка со стрелкой – палочкой в руке. Палочка направлялась на циферблат, на котором можно было отсчитывать текущее время.

При изобретении гидравлоса Ктесибий преследовал чисто технические цели н созданный им инструмент был, в первую очередь, интересной новой машиной. Но в то же время в его создании нельзя не увидеть и музыкально творческой идеи - он стремился освободить исполнителя от чрезмерных напряжений, мешающих искусству.

Его идея проста и гениальна. Заметив трудное дыхание авлетиста, глаза которого налиты кровью, а щеки с усилием вдувают воздух в трубку, он стал нагнетать поток воздуха цилиндрическим насосом и сжимать его оригинальным приспособлением, где вода играет существенную роль.

Подача воздуха в трубы осуществляется при помощи воды - отсюда и название гидравлос (hydor - вода, aulos - трубка). Надо отметить, что к звукоизвлечению вода не имеет никакого отношения, а лишь регулирует давление воздуха. Воздушные насосы нагнетают воздух в центральный воздушный канал, один конец которого направляет воздух к звучащим трубам, а в противоположном направлении воздух идет в "воздушный колокол", помещенный в резервуар с водой. Пока насосы не работают, колокол наполнен водой. При работе насосов давление воздуха в центральном канале будет увеличиваться до тех пор, пока вся вода не окажется вытесненной. Как только из-под колокола начнет выходить избыточный воздух, давление стабилизируется, что обеспечивает равномерное звучание труб.

Великий математик и механик Архимед, один из самых замечательных ученых в истории человечества, родился в Сиракузах на острове Сицилия, учиться поехал в Александрию. Он добился очень многого. В математике он дошел до интегрального исчисления, намного опередив свое время. Он изобрел винт, усовершенствовал зубчатое колесо, открыл закон, носящий ныне его имя, изобрел много новых машин. Во время осады родного города римлянами он создал новые метательные военные машины, которые надолго задержали превосходящие силы римлян под стенами Сиракуз. Но все же город пал, и некий римский солдат убил Архимеда. Сохранилось предание, что последними словами великого ученого были: «Не трогай моих чертежей!»

Герон Александрийский дал систематическое изложение основных достижений античности в области математики и прикладной механики. Г. описал теодолит, опираясь на законы статики и кинетики, привел описание рычага, блока, винта, военных машин. В оптике сформулировал законы отражения света, в математике — способы измерения важнейших геометрических фигур. Он описал также храмовые и театральные автоматы, являющиеся прообразом современных автоматов и роботов. В своем сочинении «Театр автоматов» Герон описывает храмовые и театральные автоматы. По его словам, «представления автоматических театров пользовались в старину большой любовью, во-первых, потому, что в устройстве их проявлялось много механического искусства, а затем и потому, что само представление бывало поразительным, ибо как раз при устройстве автоматов для различных их деталей приходится пользоваться всеми познаниями механики».

Примечательно понимание механики того времени, изложенное в «Математическом собрании» александрийского ученого Паппа: «Из всех искусств, основанных на механике, самым важным в практической жизни являются следующие: искусство мастеров, делающих полиспасты, лиц, строящих катапульты и, наконец, строителей водочерпальных устройств».

Научные знания того времени носили недифференцированный характер, поэтому труды великих ученых древности были энциклопедическими и порой сложно определить их научную специализацию. Древняя наука, несмотря на наличие отдельных гениальных открытий, была отрывочна, умозрительна, внутренне противоречива и оторвана от производства — она переживала свой «донаучный» этап.

Возникновение и развитие точных и естественных наук (астрономии, математики и механики) в этот период было обусловлено нуждами производства, но обратное их действие было спорадическим, поскольку запас эмпирических знаний редко обобщался теоретически. Не было науки в ее нынешнем понимании в древней культуре Китая, Египте, Риме, Греции и других оазисах античности. Соответственно не было систематичной подпитки практики, а были лишь эпизодические вспышки блестящих догадок, так и не сложившиеся в единый организм науки. Хотя отдельные явления, характерные для процесса становления наук о природе, могли наблюдаться и в рассматриваемый период.

Естественные науки являлись составной частью натурфилософии, а последняя основывалась на отвлеченных, умозрительных принципах, хотя учитывался и накопленный практический опыт. В этот период естественнонаучные и теоретические знания развивались параллельно, взаимодействуя лишь эпизодически, без непосредственной и постоянной связи между ними.

Отрыв науки от производства объясняется значительным влиянием религии, наука была фактически полностью в руках церковных ученых-схоластов. Кроме того, ремесленное производство не стимулировало распространения и применения научных знаний, так как секреты мастерства и эмпирически отработанные приемы ремесленники старались держать в секрете от конкурентов.

Постепенно в античной технике стали появляться конструктивно-технические элементы, обеспечивающие взаимодействие инструмента с объектом преобразования. Соответственно появляются конструктивно-технические знания.

К тому времени уже сформировались многие технологические операции, в которых вычленялся рабочий инструмент, совершаемые им движения, а также результат воздействия инструмента на исходный материал. Это, в свою очередь, привело к появлению технологических знаний, которые в сочетании с конструктивно-техническими, а также математикой и механикой, явились основой для зарождения технических наук в последующую эпоху средневековья.

Наиболее важные изобретения и открытия античного периода. К ним относятся, в частности, изобретения отметчиков времени — календаря, часов и глобуса, непосредственно связанных с астрономией.

Календарь (от лат. calendarium — долговая книжка) — система счисления больших промежутков времени (календ), через которые в Древнем Риме взимались проценты с должников. Календарь появился в 4 в. до н. э., а во времена Юлия Цезаря был введен юлианский календарь (старый стиль), впоследствии замененный более точным григорианским (новый стиль).

3 тыс. лет до н. э. в Индии, Египте к Китае для измерения времени начали пользоваться солнечными часами, которые не потеряли своего практического значения вплоть до наших дней. Позднее (в 1 в. до н. э. были созданы водяные часы (клепсидры), с помощью которых можно было определять время в любое время суток и в любую погоду по количеству вытекающей (перетекающей) жидкости. На этом же принципе основаны и созданные позже песочные часы, которыми иногда пользуются, например медики, и по сей день.

Самым первым астрономическим прибором был компас (от лат. compasso — измеряю), первое упоминание о котором появилось в китайской летописи в 3 в. до н. э. В 1-2 В. компас нашел широкое распространение в Китае под названием «указатель юга». Стрелка такого указателя подвешивалась на нити или закреплялась на пробке, плавающей в сосуде с водой. Окончательно же конструкция компаса оформилась лишь в 14 в., когда стрелка была установлена на иглу и заключена в застекленный корпус.

Во 2 в. до н. э. в Китае появилась астролябия (от греч. astron — звезда + labe — схватывание) — угломерный прибор, служивший до 18 в. для определения положения небесных светил. Во 2 в. Чжан Хэном были изобретены глобус (от лат. globus — шар) и сейсмограф ( от греч. seismos — колебание, землетрясение + grapho — пишу) — прибор для записи колебаний земной поверхности при землетрясениях.

Рассмотренные приборы были не только важны сами по себе, но их появление знаменовало распространение особого класса устройств, позволяющих получать важную для человека информацию от окружающего мира, зарождение приборостроения.

Поистине бесценным достижением эпохи энеолита стало создание письменности, которая оказала огромное влияние на все стороны человеческой деятельности, в том числе и на развитие техники. Она создала возможность более точной и надежной фиксации накопленного производственного опыта и технологических знаний.

Зачатки письменности возникли в виде пиктографического письма (от лат. pictus — нарисованный и греч. grapho — пишу), в котором информация фиксировалась в виде рисунков или их последовательности. Этот вид письма стал известен во времена неолита.

Из рисуночного письма к началу 3-го тысячелетия до н. э. развилось условно-изобразительное, или идеографическое (от греч. idea — идея 4- grapho), в котором каждый знак соответствовал целому слову или морфеме. Позднее в нем стали преобладать слоговые знаки. Идеографический характер имели древнеегипетская, шумерская и другие старейшие системы письма. Наибольшего развития оно достигло в китайской иероглифике.

На базе идеографического к концу 3-го тысячелетия до н. э. возникло и получило широкое распространение шумерское клинописное письмо. В нем знаки, группы клинообразных черточек, выдавливались специальными палочками на сырых глиняных дощечках, которые потом подвергались обжигу. Совершенствование клинописи привело к появлению в 11-10 вв. до н. э. финикийской буквенно-слоговой системы письма и 22-буквенного алфавита, легшего в основу почти всех известных нынешних алфавитов.

Одновременно с развитием письменности развивались и средства письма, которые определяли ее технику. Шумерские книги на керамических пластинах хорошо сохранялись, но были слишком громоздкими и неудобными для пользования. Поэтому с 7 в. до н. э. стали писать на папирусах (от греч. papyros) — свитках из склеенных полосок стебля одноименного растения, название которого распространилось и на древние рукописи. Писали на папирусах кистью или специальной палочкой. Появились даже наливные авторучки, одна из которых была обнаружена среди сокровищ фараона Тутанхамона, относящихся к 14 в. до н. э.

С 3 в. до н. э. стали писать на пергаменте, материале, получаемом из кож животных, который начали выделывать в г. Пергам (Малая Азия), откуда и произошло название. Для письма стала применяться тушь, которую начали изготовлять в Китае из сажи. Китайцами была изобретена и бумага (от ит. bambagia — хлопок), получаемая вначале из хлопка. Позднее бумагу стали производить из более дешевых отходов шелкового производства, а в 102 г. китайский ученый Цай Лунь разработал способ получения бумаги из древесной коры, конопли, тряпья и др. отходов.